Без кейворда

Аммиак и рифовый аквариум

Аммиак является одним из наиболее изученных химических веществ в аквариумах, и детали его поглощения, выделения и механизмов токсичности продолжают занимать многих ученых-исследователей. Из-за своей высокой токсичности он имеет критически важное значение как в пресноводных, так и в морских системах. Фактически, это одна из немногих важных химических проблем, которые разделяют морские и пресноводные аквариумы. Тем не менее, существует множество заблуждений относительно источников, природы и токсичности аммиака, которые, возможно, не осознаются многими рифовыми аквариумистами.

Как правило, в устоявшихся рифовых аквариумах нет проблем с аммиаком, поскольку большое количество бактерий и водорослей быстро устраняют его из воды. Однако в новых аквариумах, больничных аквариумах, карантинных аквариумах, транспортировочных мешках и рифовых аквариумах, содержащих погибших рыб, уровень аммиака может быстро повышаться до токсичных значений. На самом деле, я считаю, что аммиак, наряду с низким содержанием кислорода, может быть основной непосредственной причиной многих аварий аквариумов. Что-то умирает, разлагается и выделяет аммиак, аммиак убивает что-то еще, и система выходит из-под контроля, причем основным фактором является аммиак.

Эта статья дает подробную основу для понимания аммиака в морской воде – откуда он берется, как он токсичен и в каких концентрациях, и как действовать в аммиачных “чрезвычайных ситуациях”. Предоставление размеров и других рекомендаций относительно фильтров, предназначенных для облегчения азотного цикла, выходит за рамки данной статьи, и она посвящена в основном рифовым аквариумам, где такие фильтры не используются или, по крайней мере, не являются предметом беспокойства.

Разделы:

• Введение
• Аммиак и аммоний как функция pH
• Единицы измерения аммиака и аммония
• Концентрация аммиака в океане
• Источники аммиака в рифовых аквариумах: солевые смеси
• Источники аммиака в рифовых аквариумах: биологические процессы
• Механизмы выведения аммиака морскими рыбами
• Поглотители аммиака в рифовых аквариумах: бактериальная нитрификация
• Поглотители аммиака в рифовых аквариумах: водоросли
• Тестирование на аммиак
• Токсичность аммиака
• Рекомендации по концентрации аммиака
• Лечение повышенного аммиака: гидроксиметансульфонат
• Средства для лечения повышенного аммиака: гидросульфит и бисульфит
• Лечение повышенного аммиака: Клиноптилолит
• Лечение повышенного аммиака: Подмена воды
• Резюме
• Ссылки

Аммоний (NH₃) может существовать в воде в двух основных формах. Первая – это свободный аммиак, а вторая – ион аммония (NH₄ + ). Ион аммония образуется, когда протон в растворе соединяется с аммиаком:

Вода всегда содержит протоны, и чем ниже pH воды, тем больше в ней протонов. Фактически, понижение на одну единицу pH означает увеличение количества протонов ровно в десять раз. Поэтому при более низком pH, где имеется большое количество H+ , равновесие смещается в сторону аммиака и в сторону аммония. Этот сдвиг на самом деле очень важен для понимания его токсичности, поскольку NH₃ и NH₄ + могут иметь разную скорость прохождения через жабры рыб.

Этот обмен между аммиаком и аммонием происходит невероятно быстро. Он может происходить за миллиардные доли секунды, а для одной молекулы аммиака превращение может происходить миллиард раз в секунду. 1 Поэтому в масштабах человеческого времени часто неуместно рассматривать их как разные виды, скорее уместнее думать, что любая отдельная молекула аммиака проводит часть своего времени в виде свободного аммиака, а часть – в виде иона аммония, причем эти относительные периоды времени являются функцией pH.

Аммиак и аммоний как функция pH

pKa аммония в морской воде составляет около 9,3 (в некоторых источниках указывается 9,5, разница, возможно, связана с различными шкалами pH, которые иногда используются для морской и пресной воды). 2 Это значение pKa означает, что при pH 9,3 в воде равные концентрации аммония и аммиака. При значениях pH ниже этого уровня, как это всегда бывает в рифовых аквариумах, аммоний преобладает. На рисунке 1 показан график относительных долей аммиака и аммония в зависимости от pH в морской воде. При pH 8,2 только около 7% аммиака присутствует в виде свободного аммиака, а 93% – в виде аммония.

Рисунок 1. Доля свободного аммиака (NH₃) и ионов аммония (NH₄ + ), присутствующих в морской воде, в зависимости от pH.

Поскольку многие авторы связывают токсичность аммиака в первую очередь со свободным аммиаком (правильно это или нет, см. ниже), на рисунке 2 показан расширенный вид рисунка 1 для концентрации свободного аммиака в диапазоне pH, который обычно интересует рифовые аквариумы. Количество свободного аммиака, присутствующего при pH 7,8, составляет примерно одну четвертую от количества, присутствующего при pH 8,5.

Рисунок 2. Доля свободного аммиака (NH₃), присутствующих в морской воде, в зависимости от pH в диапазоне, представляющем наибольший интерес для рифовых аквариумистов. Этот рисунок воспроизводит рисунок 1 в увеличенном масштабе.

Рифовых аквариумистов также часто интересуют значения pH ниже тех, которые обычно присутствуют в реальных рифовых аквариумах. Например, транспортный мешок, содержащий рыбу, часто значительно снижает pH в течение нескольких часов или дней в результате выделения углекислого газа. Это изменение pH может преобразовать еще больше свободного аммиака в аммоний. На рисунке 3 показаны доли аммиака и аммония в логарифмической шкале, из чего ясно, что концентрация свободного аммиака продолжает падать по мере снижения pH, даже когда он уже присутствует в виде очень малой доли.

Рисунок 3. Доля свободного аммиака ( NH₃ ) и иона аммония ( NH₄ + ), присутствующих в морской воде, в зависимости от pH. На этом рисунке показана доля в логарифмической шкале в более широком диапазоне pH, чем на рисунке 1.

Единицы измерения аммиака и аммония

Для определения концентрации аммиака используется множество различных единиц измерения. Единица измерения “ppm NH₃-N” представляет собой количество частей на миллион азота в свободном аммиаке образца. Единица измерения “ppm NH₄ + -N” представляет части на миллион азота в аммонии образца. Единица измерения “ppm total NH₄-N ” часто используется для обозначения суммы азота в аммиаке и аммонии в пробе.

Чтобы перевести ppm NH₃ в промилле NH₃-N, умножьте на 0,82, поскольку аммиак на 82% состоит из азота по весу. Чтобы перевести ppm NH₄ + в промилле NH₄ + -N, умножьте на 0,77, так как аммоний на 77% состоит из азота по весу. Не может быть стандартного преобразования между промилле общего NH₄-N и промилле общего NH₄ поскольку пересчет зависит от относительного количества свободного аммиака и иона аммония. Один ppm в морской воде близок к одному мг/л (фактически 1,03 мг/л), поэтому для большинства целей в контексте аммиака в морской воде мг/л и ppm являются взаимозаменяемыми единицами.

Во многих работах по химической океанографии концентрации указываются в единицах молярной концентрации (М), мМ или м М. Одна М NH₃ эквивалентен одному моль/л, или 17 граммам на литр, что соответствует 17 000 мг/л. Один м М NH₃ эквивалентен одному миллимолю/л, или 17 миллиграммам на л. Один М NH₃ эквивалентен одному микромолю/л, или 17 микрограммам на литр, что соответствует 0,017 мг/л.

Концентрация аммиака в океане

Концентрация аммиака в океане существенно варьируется: от менее 0,002 ppm до 0,7 ppm общего количества NH₄-N , но обычно очень низкая в поверхностной морской воде (4-N ). 3 Например, при заборе морской воды в Гавайском институте морской биологии (на Кокосовом острове, Оаху, HI; 150 футов от берега и 20 футов вниз) был обнаружен уровень аммиака, который колебался в пределах 0,0025 ± 0,0021 ppm общего NH₄-N . 3 По имеющимся данным, в поверхностных водах удаленных районов океана содержание общего N H-N составляет 0,006 ± 0,004 ppm.₄-N . 3

Источники аммиака в рифовых аквариумах: солевые смеси

Существует множество источников аммиака в рифовых аквариумах. К незначительным источникам относятся: 1) водопроводная вода (особенно если она содержит хлорамин и не обработана деионизирующей смолой) и 2) примеси в солевых смесях и других добавках. Ранее было показано, что общее содержание NH₄-N варьируется от 0,55 до 11,9 микромоль/кг (от 0,008 до 0,17 ppm общего NH₄-N ) при анализе восьми марок смесей искусственной морской воды. На более высоком конце шкалы эти уровни будут обнаружены с помощью набора для тестирования аммиака и могут представлять потенциальную проблему токсичности, если рыба содержится при таких уровнях (см. ниже). Такие уровни аммиака могут быть вызваны примесями в хлориде кальция и хлориде магния, где аммиак является хорошо известной примесью, образующейся в результате некоторых используемых коммерческих производственных процессов (например, процесса Solvay, в котором используется аммиак).

Добавки кальция и магния также могут быть значительным источником аммиака, особенно для аквариумистов, которые пытаются использовать недорогие источники хлорида кальция или магния. О тестировании хлорида кальция на содержание аммиака я рассказывал в предыдущей статье.

Источники аммиака в рифовых аквариумах: биологические процессы

Основным источником аммиака в морских аквариумах являются выделения рыб и других гетеротрофов (организмов, живущих за счет потребления органических материалов). Рыбы выделяют большое количество аммиака (и аммония) через жабры и, возможно, меньшее количество через мочу, поэтому все аквариумы должны содержать какой-то механизм, предотвращающий повышение токсичного уровня выделяемого аммиака. Гетеротрофные бактерии также могут быть большим источником аммиака в аквариумах. Например, несъеденный корм для рыб, который расщепляется под действием бактерий, обычно приводит к попаданию аммиака в воду. Многие другие морские организмы, которые можно встретить в рифовых аквариумах, также выделяют аммиак, например, крабы и креветки. Фактически, почти любой организм в рифовом аквариуме, живущий за счет потребления пищи (а не за счет фотосинтеза), выделяет некоторое количество аммиака.

Причина, по которой такие организмы выделяют аммиак, заключается в том, что они получают гораздо больше азота из органической пищи, которую они потребляют, чем им необходимо для построения новых тканей. Следовательно, они должны каким-то образом выделять азот. Аммиак является распространенным способом выделения азота, наряду с мочевиной и некоторыми другими азотистыми соединениями. 4 Приведенное ниже химическое уравнение представляет конечные продукты, образующиеся в результате метаболизма органических веществ с молекулярной формулой, представляющей типичный планктон 5 в морской воде:

Механизмы экскреции аммиака морскими рыбами

Механизмы выделения аммиака морскими рыбами отличаются от механизмов выделения аммиака пресноводными рыбами, поэтому аквариумисты должны быть осторожны и не экстраполировать выводы, сделанные на примере пресноводных рыб, на морские виды без тщательного рассмотрения вопроса о том, целесообразно ли это делать.

Морские рыбы выделяют аммиак через жабры несколькими способами. Как и у пресноводных рыб, свободный аммиак может пассивно диффундировать из клеток, из которых состоят жабры, и это часто является доминирующим путем выделения. Этот результат имеет большое значение для токсичности аммиака для рыб. Поскольку свободный аммиак пассивно диффундирует из клеток в окружающую морскую воду, ему необходим нисходящий градиент. Если концентрация аммиака в морской воде повышается, этот экскреторный механизм работает неэффективно. Он может даже работать в обратном направлении. Поскольку именно концентрация свободного аммиака в окружающей жидкости определяет способность свободного аммиака выводиться таким образом, pH играет существенную роль в определении способности повышенного аммиака препятствовать работе этого экскреторного механизма. При более низком pH в окружающей морской воде больше аммиака преобразуется в аммоний, оставляя меньше свободного аммиака для обратного пути выделения, что приводит к меньшей наблюдаемой токсичности.

Однако популярное научное представление о том, что диффузионный путь включает простую диффузию свободного аммиака через клеточные мембраны, похоже, больше не подтверждается последними исследованиями с использованием современных биомолекулярных методов. Теперь признано, что эта пассивная диффузия NH₃ скорее происходит через пространства между клетками, называемые парацеллюлярными узкими соединениями, и это явление переноса называется парацеллюлярным транспортом. Эти соединения, хотя обычно достаточно плотные, чтобы не пропускать крупные молекулы, достаточно герметичны, как у морских, так и у пресноводных рыб, чтобы пропускать как воду, так и аммиак.

Не вдаваясь в подробности того, как пресноводные и морские виды отличаются по выделению свободного аммиака (есть и другие важные различия), очень важным отличием является то, что парацеллюлярные соединения у морских рыб более герметичны, чем у пресноводных рыб, и эти соединения могут позволить морским рыбам пассивно выделять значительное количество ионов аммония. Поскольку этот путь также включает пассивную диффузию аммония из крови в окружающую жидкость, преобразование аммиака в аммоний в окружающей среде при низком pH не может полностью снизить токсичность аммиака/аммония в окружающей жидкости, хотя в значительной степени может сделать это у пресноводных рыб. Эти вопросы будут более подробно рассмотрены в разделе токсичности, но стоит повторить, что если целью является оценка токсичности аммиака, не следует игнорировать вклад от повышения уровня ионов аммония в морской среде.

There are also other mechanisms whereby ammonia may be excreted from fish gills. These include an antiporter protein in the gill cell membranes that allows sodium to enter, and uses the chemical energy from that process to pump out ammonium ion. This process may not be used much at all during normal conditions, under which passive diffusion of ammonia and ammonium predominate, but may be very important when surrounding ammonia and ammonium levels rise excessively (> 1 ppm NH₃-N ), оставляя его единственным жизнеспособным механизмом для выведения аммиака. Поскольку некоторые рыбы приспособились к таким условиям и выживают в них (например, некоторые рыбы, обитающие в норах), этот механизм может иметь для них решающее значение.

Для тех, кто хочет прочитать очень подробный обзор современного состояния знаний о механизмах выделения аммиака и мочевины как у морских, так и у пресноводных рыб, я предлагаю обзор Майкла Уилки за 2002 год в журнале “Journal of Experimental Zoology”. 3

Поглотители аммиака в рифовых аквариумах: бактериальная нитрификация

Большинство морских аквариумистов знают об “азотном цикле”, который начинается с того, что аммиак в воде окисляется бактериями до нитрита. Затем нитрит окисляется различными бактериями до нитрата:

Многие исследования изучали превращение аммиака в нитриты, и для аквариумистов-профессионалов и любителей было написано множество статей, в которых подробно описываются различные практические аспекты этого процесса, например, как установить соответствующие фильтры для облегчения этого процесса. Стивен Спотте подробно рассказывает об этом в двух своих книгах. 6,7 Во многих рифовых аквариумах нет фильтров, специально предназначенных для этой цели, и бактерии, которые осуществляют этот процесс, живут в покрытиях на большинстве поверхностей в аквариуме, включая камни, песок, стекло, пластик и даже на поверхностях других организмов, таких как коралловые водоросли.

Однако важно помнить, что большинство этих бактерий обитает на поверхностях, поэтому следует думать о наличии (или отсутствии) в аквариуме достаточного количества бактерий для обеспечения нитрификации, а не о наличии их в самой воде. Это различие важно при переселении одного набора организмов в новый аквариум. Внесение старой аквариумной воды может помочь запустить культуру бактерий, но не обеспечит начальную нитрификацию. Внесение камней и песка, а также небольшого количества старой воды может быть очень эффективным для мгновенного обеспечения адекватной способности к нитрификации.

Процесс нитрификации редко бывает таким простым, как считают многие аквариумисты. Например, не всегда этот процесс осуществляется одним видом бактерий. В океане многие виды бактерий могут окислять аммиак, включая Nitrosospiras, Nitrosomonas и Nitrosococcus. 8-10 При изучении пресноводных аквариумов (где было проведено больше исследований, чем в морских системах) бактерии часто представлены множеством различных видов и штаммов, и не всегда доминирует один вид. В морских аквариумах виды могут включать Nitrosomonas marina 11 и Nitrosomonas europaea . 12 Хотя для большинства аквариумистов не имеет практического значения, какие виды бактерий перерабатывают аммиак в нитриты, в одной ситуации это может сыграть роль при оценке продуктов, утверждающих, что они ускоряют азотный цикл путем добавления (якобы) живых бактериальных культур.

В связи с этим я видел мало исследований, если таковые вообще проводились, о пригодности различных коммерческих продуктов, предназначенных для этой цели. Безусловно, живые культуры могут ускорить процесс образования соответствующего уровня нитрифицирующих бактерий для поддержания аммиака в норме. Правильно добавленные культуры могут практически сразу начать переработку аммиака. 11 Выбранные культуры, однако, должны быть выращены в условиях температуры, питательных веществ и солености, аналогичных условиям в аквариуме, в который они добавляются, чтобы это было оптимально эффективно, и я не знаю, отвечают ли этому требованию какие-либо коммерческие бактериальные культуры, продаваемые любителям. ALDI Special Buys – довольно хороший выбор для еженедельных покупок!

Раковины для аммиака в рифовых аквариумах: водоросли

Любые организмы потребляют аммиак непосредственно для производства белков и других биомолекул, необходимых им для построения тканей. Например, водоросли, как микро-, так и макроводоросли, легко используют аммиак из воды. В тех случаях, когда в качестве источника азота им доступны и нитрат, и аммиак, многие из них предпочитают использовать аммиак. 6 При использовании нитрата многие соответствующие биохимические пути требуют, чтобы организм перед его использованием восстановил нитрат до аммиака, поэтому поглощение аммиака имеет смысл. Однако в условиях рифового аквариума не было установлено, какая часть поглощаемого макроводорослями азота приходится на аммиак, а какая – на нитраты.

Количество азота, поглощаемого большим макроводорослевым фильтром, значительно. Бесплатная статья в формате PDF (формат переносимого документа) в журнале Marine Biology 13 содержит полезную информацию о потенциальных экспортных способностях водорослей. В ней приводятся данные о содержании фосфора и азота для девяти различных видов макроводорослей, включая многие из тех, которые поддерживаются владельцами рифов. Например, Caulerpa racemosa, собранная у Гавайских островов, содержит около 0,08% фосфора и 5,6% азота по сухому весу. Сбор фунта (454 г; сухой вес) этой макроводоросли из рифового аквариума эквивалентен удалению 25,4 г азота, который, если бы он весь присутствовал в 100 галлонах воды в виде аммиака, был бы эквивалентен концентрации 67 ppm общего NH₄-N . Даже если бы на рост до такой массы ушло три месяца, он бы эффективно удалял эквивалент 0,75 ppm общего NH₄-N в день.

Тестирование на содержание аммиака

Существует несколько способов тестирования на содержание аммиака в морской воде. Среди них есть наборы для тестирования, основанные как на салицилате, так и на химии Несслера.

Реакция аммиака с реактивом Несслера, K₂HgI₄образует цветной осадок (Hg₂N)I-H₂O. Низкие уровни аммиака желтые, более высокие – оранжевые, а еще более высокие уровни могут быть коричневыми. Общая реакция такова:

Одна из существенных проблем метода Несслера – токсичность и опасный характер отходов, образующихся при его использовании (он содержит ртуть).

Наборы для тестирования на салицилаты

В результате реакции аммиака с гипохлоритом образуется монохлорамин, который затем реагирует с салицилатом в присутствии нитроферрицианида натрия с образованием 5-аминосалицилата. Этот комплекс имеет желто-зеленый или темно-зеленый цвет в зависимости от уровня содержания аммиака. В некоторых вариантах теста кальций и магний могут вызывать помехи, поэтому убедитесь, что такой набор предназначен для морских систем.

Различие между этими методами может быть важным, так как некоторые комбинации продуктов, связывающих аммиак, и методов тестирования могут привести к ложным результатам теста на аммиак (либо вызывая видимое присутствие аммиака, когда он связан, либо просто вызывая цвет, не предсказанный тестовым набором). Например, набор типа Несслера не может правильно определить аммиак, если аквариумист использует Amquel, Seachem Prime или аналогичные продукты для связывания аммиака. В результате часто получается зашкаливающий коричневый цвет.

Поэтому особенно важно, чтобы аквариумисты понимали, как взаимодействуют используемый ими тест-набор и используемое ими связующее вещество, и производители каждого из них – лучшее место для поиска такой информации.

Я советую всегда измерять общий аммиак. Если в наборе есть выбор измерения свободного аммиака, не стоит беспокоиться. Вы всегда можете использовать таблицу для пересчета общего аммиака в свободный аммиак, если на то есть веские причины. Причина для измерения общий аммиак заключается в том, что сигнал будет намного больше, поэтому набор будет более способен отличить небольшое содержание аммиака от его отсутствия.

Токсичность аммиака

Аммоний очень токсичен для морских рыб. Механизмы токсичности сложны и являются активной областью постоянного изучения исследователей. Его воздействие включает повреждение жабр, что приводит к нарушению газообмена, ионной регуляции и регуляции рН крови. 14 Другие эффекты включают затруднение доставки кислорода к тканям, нарушение метаболизма и токсичность для нервной системы, которая вызывает гиперактивность, конвульсии и смерть. 14 Аммиак также может быть очень токсичен для многих других организмов, обитающих в рифовых аквариумах.

Токсичность может быть измерена и отражена в отчетах различными способами. Одним из распространенных способов измерения острой токсичности является измерение того, насколько высокой должна быть концентрация, чтобы за определенный период времени погибла половина организмов. Обычно используется период времени 96 часов (четыре дня). Такие данные называются 96-часовой ЛК₅₀ (LC означает летальная концентрация, 50 означает 50% гибели).

Другим осложнением, связанным с токсичностью аммиака, является относительное количество свободного аммиака и иона аммония. Хотя ион аммония может быть токсичным для морских рыб, он, вероятно, менее токсичен, чем свободный аммиак, поэтому данные о токсичности часто приводятся только для концентрации свободного аммиака. Однако аквариумисты должны понимать, что такие данные могут быть непригодны, если pH, используемый в тесте, или ситуация, к которой он будет применяться, значительно отличается от нормального pH морской воды (как, например, в транспортном мешке, pH которого может быть значительно ниже pH 8,2, и токсичность которого может быть вызвана аммонием, а не низкой концентрацией свободного аммиака). Тем не менее, во многих научных статьях токсичность аммиака указывается в промилле (или мг/л) NH₃-N . Также может быть указано просто ppm NH₃.

Морские рыбы14 обычно имеют 96-часовую ЛК₅₀ варьируется от 0,09 до 3,35 промилле NH₃-N . Этот результат не особенно отличается от диапазона, наблюдаемого для пресноводных рыб14 , от 0,068 до 2,0 ppm NH₃-N . Помните, что эти значения относятся к промилле NH₃-N , а при pH 8,2 морской диапазон становится от 1,3 до 50 ppm общего NH₄-N , поскольку только 7% общего аммиака в морской воде присутствует в виде свободного аммиака.

Концентрации аммиака, которые не являются остро смертельными, все же могут вызвать значительные проблемы для рыб. Например, у лосося, содержащегося в морской воде с pH 7,8, при воздействии сублетальных концентраций аммиака наблюдались изменения в лейкоцитах и различных химических веществах крови, и он был более подвержен заболеваниям. 15 Следовательно, аквариумисты должны стремиться поддерживать концентрацию аммиака намного ниже летального уровня.

Рекомендации по концентрации аммиака

Поскольку токсическое действие аммиака проявляется при уровнях значительно ниже острого летального (от 0,09 до 3,35 ppm NH₃-N или от 1,3 до 50 ppm общего NH₄-N при pH 8,2), а также потому, что некоторые организмы в рифовом аквариуме могут быть более чувствительными, чем те немногие организмы, которые были тщательно изучены, при принятии решения о том, какие концентрации аммиака допустимы в рифовом аквариуме или смежной системе, следует проявлять осторожность.

Я предлагаю предпринять какие-то корректирующие действия, если общий аммиак поднимается выше 0,1 промилле. Это предложение также сделано Стивеном Спотте в его авторитетном тексте “Рыбы в морской воде в неволе”. 6 Значения, превышающие 0,25 промилле общего аммиака, могут потребовать немедленного лечения, предпочтительно включающего удаление всех нежных (чувствительных к аммиаку) организмов из воды, содержащей аммиак. Некоторые из возможных действий подробно описаны в следующих разделах.

Лечение повышенного аммиака: гидроксиметансульфонат

Для связывания аммиака в морских аквариумах в коммерческих продуктах используются различные типы соединений. Одним из них является гидроксиметансульфонат (HOCH₂SO₃ – ). Это известный связыватель аммиака 16, запатентованный для использования в аквариумах Джоном Ф. Кунсом 17 и продающийся под названиями Amquel от Kordon и ClorAm-X от Reed Mariculture, среди прочих.

Реакция аммиака с гидроксиметансульфонатом механистически сложна, возможно, включает разложение до формальдегида и реформацию до продукта аминометансульфоната (показано ниже). 16 Считается, что в упрощенном виде общая реакция выглядит следующим образом:

Что в конечном итоге происходит с аминометансульфонатом в морском или рифовом аквариуме, точно не установлено, но, похоже, он значительно менее токсичен, чем аммиак, и более чем вероятно, что он перерабатывается бактериями в другие соединения.

Marineland Bio-Safe утверждает, что содержит гидроксиметансульфиновую кислоту натрия (HOCH₂SO₂ – ). Я не знаю, является ли это опечаткой, или компания Marineland действительно использует это немного другое соединение.

Примечание: продукты, содержащие гидроксиметансульфонат, препятствуют возможности тестирования на аммиак при использовании определенных типов тест-наборов (см. выше). Предположительно, H₂NCH₂SO₃ – все еще реагирует с реактивами Несслера, хотя это и не аммиак.

Лечение повышенного аммиака: гидросульфит и бисульфит

Второй тип соединений, используемых в коммерческих продуктах (таких как Seachem Prime), которые утверждают, что связывают аммиак в морских аквариумах, содержит гидросульфит (может быть либо HSO₂ – или – O₂S-SO₂ – ) и бисульфит (HSO₃ – ). Эти соединения являются хорошо известными дехлорирующими агентами, снижающими содержание Cl₂до хлорида (Cl – ), этот процесс, как утверждается, также происходит в этих продуктах. Мне не ясно, действительно ли эти ингредиенты вступают в реакцию с аммиаком каким-то образом, или эту функцию выполняют неуказанные ингредиенты в этих продуктах. Seachem предпочитает держать ингредиенты своего продукта в секрете, поэтому аквариумисты не могут сами определить, что происходит, и насколько это может быть целесообразно. Тем не менее, многие аквариумисты, похоже, успешно используют подобные продукты для снижения токсичности аммиака.

Примечание: такие продукты, как Seachem Prime, препятствуют возможности тестирования на аммиак при использовании определенных типов тест-наборов (см. выше). Предположительно, образующийся продукт все еще реагирует с реактивами Несслера, даже если это не аммиак.

Лечение повышенного аммиака: Клиноптилолит

Несколько фильтрующих материалов способны связывать аммиак из морской воды. Цеолит клиноптилолит (алюмосиликат натрия) способен связывать аммиак из пресной воды, но ионы натрия в морской воде вытесняют большую часть аммиака. Фактически, способность клиноптилолита связывать аммиак в пресной воде может быть восстановлена путем промывки его соленой водой. Следовательно, его способность связывать аммиак в морской воде очень низка, если вообще существует, поэтому он не является очень полезным продуктом для морских систем.

Лечение повышенного аммиака: Подмена воды

Подмена воды может быть прекрасным способом снижения токсичного уровня аммиака, особенно в небольших системах, таких как карантинный или больничный аквариум. Однако для эффективного использования этого метода необходимо, чтобы новая соленая вода не содержала значительного количества аммиака. Поскольку многие виды искусственной морской воды содержат аммиак (см. выше), этот метод следует использовать с осторожностью.

Как правило, аммиак обычно снижается примерно на ту же долю воды, которую меняют, поэтому при замене 30% воды аммиак снизится на 30%. Однако, если в аквариуме есть источник аммиака, он может быстро подняться снова. Снижение на 30% может быть незаметно при использовании многих тест-наборов. Например, может быть трудно отличить 1,2 промилле от 0,84 промилле общего NH₄-N с помощью многих наборов, поэтому не паникуйте, если уровень аммиака не падает, но и будьте реалистами в отношении того, насколько сильно он должен снизиться при подмене воды на 10-30%. При “чрезвычайной ситуации” с аммиаком могут быть уместны гораздо большие подмены воды. Более подробная информация о подменах воды представлена здесь.

Аммоний очень токсичен для морских рыб и других организмов в рифовом аквариуме. Хотя в устоявшихся рифовых аквариумах рутинное измерение аммиака обычно не требуется, оно может быть очень важным, когда рыбы находятся во временных помещениях, таких как транспортные мешки, больничные и карантинные аквариумы. У большинства аквариумистов аммиак ассоциируется с “цикличностью” нового аквариума, и в этой ситуации крайне важно дождаться снижения аммиака до очень низкого уровня перед добавлением организмов (гораздо важнее, чем, например, дождаться снижения нитритов).

Аммиак также может быть очень важен во время крушения аквариума. Во всех этих ситуациях я рекомендую стремиться к тому, чтобы аммиак не превышал 0,1 ppm общего NH₄-N . Если уровень поднимается выше 0,25 промилле общего NH₄-N , я рекомендую принять срочные меры, например, использовать связующее вещество для аммиака или произвести подмену воды.

1. Обмен протонами между ионом аммония, триметил-аммонийным ионом и водой. Скорость стадии дегидратации, которая предшествует бимолекулярному переносу протона. Грюнвальд, Эрнест; Ку, Элис Ю. Брандейский университет, Уолтем, Массачусетс, США. Журнал Американского химического общества (1968), 90(1), 29-31.

2. Химическая модель морской воды, включающая растворенный аммиак и стехиометрическую константу диссоциации аммиака в эстуарной воде и морской воде о т-2 до 40° C . Клегг, Саймон Л.; Уитфилд, Майкл. Sch. Environ. Sci., Университет Восточной Англии, Норвич, Великобритания. Geochimica et Cosmochimica Acta (1995), 59(12), 2403-21.

3. Измерение диффузионного потока аммиака из воды. Чжан, Генфа; Уехара, Томоэ; Дасгупта, Пурненду К.; Кларк, Антони Д.; Винивартер, Вильфрид. Факультет химии и биохимии, Техасский технологический университет, Лаббок, штат Техас, США. Аналитическая химия (1998), 70(17), 3656-3666.

4. Выделение аммиака и переработка мочевины жабрами рыб: современное понимание и будущие исследовательские задачи . Уилки, Майкл Патрик. Отдел наук о жизни, Университет Торонто в Скарборо, Скарборо, ОН, Кан. Журнал экспериментальной зоологии (2002), 293(3), 284-301.

5. Химическая океанография, второе издание . Миллеро, Фрэнк Дж. США. (1996), 496 стр.

6. Рыбы в морской воде в неволе: Наука и технология . Spotte, Stephen; John Wiley & Sons, New York, 1992 ISBN 0-471-54554-6.

7. Аквариумы с морской водой: Среда в неволе . Spotte, Stephen; John Wiley & Sons, NY 1972 ISBN 0471056650.

8. Филогения на основе 16S рРНК и amoA 12 новых бетапротеобактериальных аммиак-окисляющих изолятов: расширение набора данных и предложение новой линии внутри нитрозомонад . Пуркхольд, Ульрике; Вагнер, Михаэль; Тиммерманн, Габриэле; Поммеренинг-Розер, Андреас; Коопс, Ханс-Петер. Lehrstuhl fuer Mikrobiologie, Technische Universitaet Muenchen, Freising, Germany. Международный журнал систематической и эволюционной микробиологии (2003), 53(5), 1485-1494.

9. Биогеохимические процессы в небольшом калифорнийском эстуарии. 2. Активность нитрификации, структура сообщества и роль в азотном бюджете . Кэффри, Джейн М.; Харрингтон, Нил; Солем, Икар; Уорд, Бесс Б. Центр экологической диагностики и биоремедиации, Университет Западной Флориды, Пенсакола, штат Флорида, США. Морская экология: Progress Series (2003), 248 27-40.

10. Всемирное распространение Nitrosococcus oceani, морской аммиак-окисляюще й-протеобактерии, обнаруженной с помощью ПЦР и секвенирования генов 16S рРНК и amoA. Уорд, Бесс Б.; О’Муллан, Грегори Д. Факультет геонаук, Принстонский университет, Принстон, штат Нью-Джерси, США. Прикладная и экологическая микробиология (2002), 68(8), 4153-4157.

11. Повышенная соленость выбирает менее разнообразную аммиачноокисляющую популяцию в аквариумных биофильтрах. Громмен, Роланд; Даув, Ленни; Верстрате, Вилли. Лаборатория микробной экологии и технологии (LabMET), Гент, Бельгия. FEMS Микробиология Экология (2005), 52(1), 1-11.

12. Сравнительный анализ нитрифицирующих бактерий, связанных с пресноводными и морскими аквариумами . Hovanec, Timothy A.; DeLong, Edward F. Ecology, Evolution Marine Biol. Департамент, Калифорнийский университет, Санта-Барбара, Калифорния, США. Прикладная и экологическая микробиология (1996), 62(8), 2888-2896.

13. Рост и источники питательных веществ для макроводорослей коралловых рифов, ограниченных азотом и фосфором . Larned, S.T. Marine Biology (1998) 132: 409±421.

14. Аммиак в эстуариях и его воздействие на рыб . Эдди, Ф.Б. Экологическая и прикладная биология, Университет Данди, Данди, Великобритания. Журнал биологии рыб (2005), 67(6), 1495-1513.

15. Низкие уровни аммиака в окружающей среде повышают восприимчивость к заболеваниям у молоди чавычи . Акерман, Пейдж А.; Викс, Беверли Дж.; Ивама, Джордж К.; Рэндалл, Дэвид Дж. Факультет земельных и продовольственных систем, Университет Британской Колумбии, Ванкувер, Британская Колумбия. Физиологическая и биохимическая зоология (2006), 79(4), 695-707.

16. Механизм реакции аммиака с бисульфитным производным формальдегида . Хенафф, Филипп Ле. Compt. Rend. (1963), 256 3090-2.

17. Способ и продукт для удаления хлораминов, хлора и аммиака из воды аквакультуры . Kuhns, John F. Патент США № 4,666,610; 19 мая 1987.

Source: reefkeeping.com